Material Berkelanjutan Inovatif yang Diperoleh dari Limbah untuk Konstruksi dan Barang Konsumen

Para ilmuwan Jerman telah menemukan cara baru untuk memproduksi serat karbon menggunakan mikroalga, bukan bahan bakar fosil seperti yang selama ini digunakan. Mikroalga ini menyerap karbon dioksida dari udara dan menyimpannya sebagai minyak energi tinggi yang kemudian diolah menjadi bahan baku serat karbon. Inovasi ini diharapkan bisa mengurangi jejak karbon yang selama ini terkait dengan pembuatan serat karbon konvensional. Biasanya, bahan dasar untuk membuat serat karbon berasal dari bahan kimia berbasis petroleum, yang prosesnya mencemari lingkungan. Namun, sekarang para peneliti dari Technical University of Munich dan Fraunhofer Institute telah berhasil mengubah minyak dari mikroalga menjadi acrylonitrile, bahan utama serat karbon. Proses ini sudah diuji coba di laboratorium dan siap melangkah ke skala industri. Kerjasama dengan produsen karbon Jerman, SGL Carbon, menunjukkan bahwa serat karbon yang dibuat dari bahan bio ini memiliki kekuatan dan ketahanan yang sama dengan serat karbon biasa. Bahkan Airbus, perusahaan penerbangan terkenal, telah menggunakan material serat karbon bio ini untuk membuat bagian komponen helikopter penelitian yang berhasil terbang pada tahun 2024. Selain memberikan solusi teknis, penggunaan mikroalga sebagai bahan dasar membuka peluang untuk menciptakan siklus produksi yang sebagian besar karbon-negatif. Ini berarti prosesnya dapat membantu menurunkan emisi karbon dan mendukung upaya global melawan perubahan iklim. Proses tersebut juga dijalankan dengan energi terbarukan yang memperkuat dampak positifnya bagi lingkungan. Selanjutnya, tim peneliti berharap bisa mendapat dana lebih untuk mengembangkan teknologi ini sehingga bisa digunakan lebih luas, tidak hanya di sektor penerbangan tetapi juga untuk alat transportasi, turbin angin, dan perlengkapan olahraga. Dengan adopsi yang lebih luas, teknologi ini dapat membantu mengurangi ketergantungan pada bahan bakar fosil dan bergerak maju menuju industri kimia yang lebih ramah lingkungan.

Penelitian dari Washington University di St. Louis telah mengembangkan bioplastik baru yang diberi nama LEAFF. Bioplastik ini terinspirasi dari struktur daun yang memiliki lapisan nanofiber selulosa di tengah, dikelilingi dengan lapisan bioplastik. Dengan cara ini, LEAFF memiliki kekuatan lebih baik dibanding plastik petrokimia biasa seperti polyethylene. Kelebihan lain dari LEAFF adalah daya tahan yang lebih baik terhadap air dan udara, sehingga dapat memperpanjang masa simpan produk makanan yang dikemas menggunakan bahan ini. Bioplastik ini juga bisa langsung dicetak tanpa perlu label tambahan, yang dapat mengurangi biaya pengemasan. Penggunaan nanofiber selulosa membuat LEAFF kuat sekaligus tetap ramah lingkungan. Berbeda dari bioplastik tradisional seperti PLA dan PHB yang harus dikompos di suhu tinggi, LEAFF dapat terurai di kondisi yang lebih rendah, sehingga lebih mudah untuk didaur ulang secara alami. Tim peneliti juga mengembangkan teknologi untuk membuat bioplastik ini dari limbah pertanian seperti produk fermentasi jagung, lignin, dan karbon dioksida. Hal ini mendukung konsep ekonomi sirkular, mengurangi limbah, dan membuka peluang baru dalam industri bioplastik yang berkelanjutan. Dengan tekanan global untuk mengurangi penggunaan plastik berbasis bahan bakar fosil dan kebutuhan pasar kemasan yang hijau, LEAFF menawarkan solusi kuat, multifungsi, serta ramah lingkungan yang mudah dikembangkan secara komersial di Amerika Serikat dan dunia.

Para peneliti di Massachusetts Institute of Technology (MIT) menciptakan printer 3D khusus bernama FOODres.AI yang menggunakan limbah makanan sebagai bahan baku. Printer ini dapat mengubah sisa makanan seperti kulit telur, ampas kopi, dan kulit pisang menjadi barang berguna seperti cangkir kopi dan mangkuk kecil. Hal ini menjadi terobosan dalam mengatasi masalah limbah makanan yang berdampak pada lingkungan. Pengguna cukup mengambil foto limbah makanan menggunakan aplikasi pendamping yang menggunakan teknologi kecerdasan buatan untuk mengenali jenis limbah tersebut. Aplikasi kemudian akan menyarankan berbagai objek yang bisa dicetak dari limbah tersebut, seperti alat makan atau desain khusus. Proses pencetakan dilakukan dengan menambahkan bahan alami untuk membuat pasta bioplastik yang dapat dicetak menggunakan printer 3D. Printer FOODres.AI menggunakan sistem ekstruder tiga sumbu yang dipanaskan untuk membentuk objek sesuai pilihan pengguna. Cara penggunaannya yang sederhana memungkinkan siapa saja, termasuk pemula dalam teknologi 3D printing, untuk membuat barang dari limbah makanan cukup dengan menekan satu tombol. Teknologi ini memiliki potensi besar untuk mengurangi limbah makanan yang sangat banyak di Amerika Serikat. Dengan mengubah limbah menjadi produk berguna dalam lingkup rumah tangga atau komunitas, printer ini menciptakan sistem daur ulang tertutup yang mendorong praktik ramah lingkungan secara aktif. Selain untuk kebutuhan rumah tangga, teknologi ini masuk dalam tren yang lebih luas yaitu 3D printing berbasis makanan dan material ramah lingkungan yang juga diaplikasikan untuk bidang medis dan makanan. Proyek percontohan akan dimulai di Cambridge dengan target mengurangi limbah makanan hingga jutaan pon dan membantu ribuan keluarga.

Selama pandemi, penggunaan masker satu kali meningkat drastis dan menciptakan limbah polymer polypropylene (PP) dalam jumlah sangat besar yang sulit terurai dan mencemari lingkungan. Pembakaran masker juga menghasilkan polutan berbahaya seperti dioksin, membahayakan udara dan sumber daya alam. Para peneliti di Australia dan China menemukan cara baru yang ramah lingkungan untuk mengubah masker bekas menjadi film nanokomposit yang memiliki sifat konduksi panas sebaik logam dan dapat melindungi dari gangguan elektromagnetik lebih efektif dibandingkan produk komersial lain. Teknologi ini menggunakan tannic acid untuk melapisi serat PP dari masker dan graphene nanoplatelets yang menyusun lapisan nanokomposit dengan proses yang sederhana dan aman, tanpa bahan kimia berbahaya serta dapat diproduksi secara massal menggunakan metode roll-to-roll. Film nanokomposit ini memiliki kemampuan menghilangkan panas hingga 87 W m⁻¹ K⁻¹, cukup untuk digunakan di perangkat 5G dan 6G. Selain itu, daya tahan dan efektivitasnya diuji melalui berbagai percobaan, termasuk mendinginkan LED jauh lebih baik dari bahan standar dan perlindungan EMI hingga 88 dB. Selain manfaat teknis, inovasi ini juga menguntungkan secara ekonomi dan lingkungan, dengan potensi pengurangan emisi karbon dan penghematan energi signifikan. Pilot produksi sudah direncanakan, dan upaya dorongan pemerintah akan memperkuat program daur ulang masker untuk mendukung proyek ini.

Dalam beberapa tahun terakhir, teknologi daging kultur semakin berkembang, namun biaya produksi tetap menjadi penghalang utama. Dibandingkan dengan otot, lemak lebih mudah dikembangkan secara laboratorium dan bisa membantu menghadirkan rasa daging yang nyata dalam produk alternatif. Mission Barns, sebuah startup di AS, baru saja memperoleh persetujuan dari USDA untuk menjual lemak babi hasil kultur. Ini menjadi produk pertama dari jenisnya yang memperoleh izin resmi untuk dipasarkan ke konsumen. Lemak babi kultur ini berasal dari sampel kecil babi hidup. Sel lemak kemudian dibiakkan dalam bioreaktor khusus agar tumbuh dengan baik, sehingga dapat dipadukan dengan bahan nabati seperti protein pea untuk membuat alternatif daging dengan cita rasa lebih baik. Produk pertama yang mereka kembangkan adalah pengganti bacon, bakso, dan sosis. Dengan adanya lemak kultur ini, produsen dapat mengurangi bahan perasa buatan dan garam yang biasanya digunakan untuk menutupi rasa produk nabati. Mission Barns berencana untuk menjual lemak hasil kultur ini bukan hanya dalam produk mereka sendiri, tetapi juga kepada perusahaan lain yang ingin meningkatkan kualitas rasa dan nilai gizi produk daging alternatif mereka.

Puntung rokok adalah salah satu jenis sampah yang paling banyak ditemukan dan memiliki dampak buruk lingkungan yang besar. Diperkirakan miliaran puntung rokok dibuang setiap tahun, mencemari lingkungan dan sulit terurai. Sebuah tim riset internasional telah menemukan cara untuk mengolah sampah puntung rokok menjadi bahan tambahan yang dapat memperkuat aspal untuk konstruksi jalan. Penelitian ini dilakukan oleh Universitas Granada di Spanyol dan Universitas Bologna di Italia, dengan dukungan dari pemerintah China. Proses daur ulang puntung rokok dimulai dengan menghilangkan abu organik dan memanfaatkan serat serta plastik PLA yang tersisa. Material ini diproses menjadi pellet dengan campuran lilin khusus yang membantu mengikat bahan tersebut saat dicampur dengan aspal panas. Ketika pellet ini dicampur ke dalam aspal daur ulang, serat yang dilepaskan memperkuat struktur aspal, meningkatkan ketahanan retaknya akibat beban kendaraan dan perubahan suhu. Selain itu, lilin yang ikut larut berperan sebagai pengikat tambahan sehingga aspal menjadi lebih fleksibel dan memungkinkan penggunaan lebih banyak bahan daur ulang. Keunggulan lain dari metode ini adalah penurunan suhu produksi aspal yang dapat menghemat energi dan mengurangi emisi gas rumah kaca. Ini menjadikan teknologi ini solusi ramah lingkungan dan efisien untuk mengatasi masalah limbah puntung rokok sekaligus memperkuat jalan-jalan yang ada. Dengan penerapan luas, inovasi ini berpotensi membawa manfaat besar bagi lingkungan dan industri konstruksi jalan. Penelitian ini menunjukkan pentingnya mengadopsi prinsip ekonomi sirkular dan keberlanjutan dalam mengelola limbah serta meningkatkan kualitas infrastruktur publik.

Para ilmuwan dari Universitas Portsmouth di Inggris telah menemukan bahwa bubuk kaca daur ulang dapat digunakan untuk menstabilkan blok tanah padat, memberikan alternatif yang lebih berkelanjutan dibandingkan semen standar. Blok tanah padat biasanya terbuat dari campuran subsoil, seperti tanah liat, pasir, dan agregat, yang mengeras melalui proses pengeringan udara tanpa perlu dibakar dalam kiln seperti batu bata konvensional. Semen selama ini sering digunakan untuk membuat blok tanah padat menjadi kuat, tetapi produksi semen memberikan dampak lingkungan yang besar. Penelitian dilakukan dengan mencampurkan partikel kaca daur ulang dalam rasio hingga 25%, dan hasil terbaik didapat dari campuran 10% kapur dan 10% kaca daur ulang yang menghasilkan blok dengan kekuatan paling tinggi dan tidak retak saat diuji tekanan. Blok tanah yang menggunakan kaca daur ulang dan kapur menunjukkan peningkatan 90% dalam kekuatan tekan dibandingkan blok tanpa stabilisasi, dengan nilai tekan hingga 5,77 MPa setelah 28 hari. Selain itu, kekuatan tarik block juga meningkat sebesar 30% dibandingkan blok tanpa bahan tambahan. Peneliti juga memeriksa struktur mikro blok menggunakan mikroskop elektron dan menemukan tidak adanya retak pada campuran optimal. Penemuan ini membuka peluang besar untuk mengurangi penggunaan semen dan jejak karbon di industri konstruksi sekaligus mendukung ekonomi sirkular dimana limbah kaca yang biasanya dibuang bisa diolah kembali menjadi bahan bangunan yang bernilai. Ini membawa harapan terhadap pembangunan bangunan yang lebih hijau dan berkelanjutan serta pengurangan limbah di tempat pembuangan akhir. Selain itu, riset di Jepang juga menunjukkan perkembangan material baru berbasis geopolimer yang menggabungkan limbah konstruksi dan kaca daur ulang sebagai bahan penguat tanah, yang bertujuan mengurangi ketergantungan pada semen dan memanfaatkan limbah secara lebih efisien. Inovasi ini semakin mendukung arah teknologi konstruksi yang ramah lingkungan di masa depan.